第四章 第三节 金属的腐蚀与防护

第三节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀（一）定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。

M-ne-=M n+（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀1、化学腐蚀（1）定义：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀（2）本质：金属失电子被氧化。

（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。

例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。

2、电化学腐蚀（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀（4）特点：有微弱的电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。

水膜酸性较强：负极：Fe—2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性：负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有位于金属活动性顺序中氢前的金属才可能发生析氢腐蚀，氢后的金属不能发生II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生二、金属的防护（一）改变金属材料的组成1、方法：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。

2020-2021学年化学新教材人教版选择性必修第一册教师用书：第4章第3节金属的腐蚀与防护第三节金属的腐蚀与防护发展目标体系构建1.通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。

2．认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属腐蚀常用的防护方法。

一、金属的腐蚀1．金属腐蚀(1）概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

(2)由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，发生腐蚀的情况也不同，一般金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀.温度对化学腐蚀的影响很大.②电化学腐蚀:当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。

2．钢铁的电化学腐蚀由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。

析氢腐蚀吸氧腐蚀示意图钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图水膜环境在酸性环境中水膜酸性很弱或呈中性负极反应Fe－2e－===Fe2＋2Fe－4e－===2Fe2＋正极反应2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH）2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH）3联系吸氧腐蚀更普遍腐蚀比化学腐蚀更普遍，速率也大得多危害更大。

（2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性,实际情况中以吸氧腐蚀为主。

(3）钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

3．实验探究［实验4－3]（1)实验1：将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。

几分钟后，观察导管中水柱的变化。

现象及原因：实验1中导管中的水柱上升，铁钉生锈。

说明该过程铁钉被腐蚀。

初四化学第四单元第三节钢铁的锈蚀与防护教案1 我们身边有哪些废弃的金属制品?2 从环境保护和资源再利用的角度,应如何处理这些金属制品?3为什么要回收利用废旧金属？四、典型例题：1、为了防止家中的菜刀生锈，某同学设计了以下几种方案：①每天用机油擦拭一遍②用完后保存在水中③擦干后用植物油涂抹④用干布把它擦干⑤用食醋涂抹⑥用酱油涂抹⑦用清水洗干净后迅速放进塑料袋中，并包裹好。

选出你认为合理可行的方案( )A．①②③④⑥⑦B．②③④C．③④D．⑤⑥⑦2、下列有关铁生锈的叙述中错误的是( )A．铁生锈时一定伴随着物理变化B．铁生锈时，铁发生了缓慢氧化C．铁生锈的实质是铁与氧气反应D．铁生锈时会有难以察觉的热量释放3、下列铁制品是如何防止生锈的？（1）自行车钢圈（2）搪瓷浴缸（3）自来水管4、在研究“铁生锈的条件”的实验中，某兴趣小组对实验进行了创新设计，请把实验报告补充完整．取3段光亮无锈的细铁丝，绕成螺旋状，放入3支干燥洁净的试管底部，进行下列实验，实验要保证有足够长的时间来观察现象．（1）实验①②无明显现象，实验③中铁丝生锈，且试管内空气体积减小．铁生锈实际上是铁与空气中的_______和_______(填物质名称)发生反应的结果。

（2）当铁丝足量，时间足够长，实验③进入试管的水的体积大约占试管体积的_________。

（3）根据铁生锈的原理和条件，你认为新疆和海南岛的钢铁，哪里的更容易生锈？_____________________________。

五、巩固练习：详见《练习册》六、归纳小结：1、铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟氧气、水等物质互相作用，发生一系列复杂的化学反应，使铁转化为铁的化合物的过程。

铁锈的主要成分是氧化铁。

2、人们可以采用多种方法来防止钢铁生锈。

例如：喷涂油漆、镀锡、镀锌、镀铬（克罗米）等。

另外金属铝、锌在空气中能“自我保护”。

第三节金属的腐蚀与防护课堂达标1．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图。

发现开始时U形管左端红墨水水柱下降，一段时间后U形管左端红墨水水柱又上升。

下列说法中不正确的是(D)A．开始时发生的是析氢腐蚀B．一段时间后发生的是吸氧腐蚀C．两种腐蚀负极的电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋D．析氢腐蚀的总反应式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2解析：在酸性条件下发生析氢腐蚀：2H＋＋2e－===H2↑，产生的氢气使试管内压强增大，造成U形管左端红墨水水柱下降，A项正确；发生析氢腐蚀一段时间后，溶液中的c(H＋)逐渐减小，在酸性很弱或中性条件下则发生吸氧腐蚀：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，反应中消耗氧气使试管内压强减小，造成U形管左端红墨水水柱上升，B项正确；无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，负极都是铁失去电子，即Fe－2e－===Fe2＋，C项正确；析氢腐蚀，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑，总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，D项错误。

2．有关远洋轮船船壳腐蚀与防护叙述错误的是(D)A．可在船壳外刷油漆进行保护B．可将船壳与电源的负极相连进行保护C．可在船底安装锌块进行保护D．在海上航行时，船壳主要发生析氢腐蚀解析：在船壳外刷油漆可以防止金属和海水、空气接触，所以在船壳外刷油漆可以对船壳进行保护，故A正确；将船壳与电源的负极相连，即船壳为阴极，阴极材料不易被腐蚀，电解池的阴极金属被保护，故B正确；在船底安装锌块，形成原电池，金属锌是负极，被腐蚀，正极材料Fe被保护，故C正确；海水是中性环境，金属会发生吸氧腐蚀，即在海上航行时，船壳主要发生吸氧腐蚀，故D错误。

3．某课外小组同学对不同条件下铁钉的锈蚀进行了实验。

一周后观察：(1)铁钉被腐蚀程度最大的是__④__(填实验序号)。

(2)实验③中主要发生的是__电化学腐蚀__(填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”)。

高中化学人教版（2019）选择性必修1 第四章第三节金属的腐蚀与防护一、单选题1.铜制品上的铝质铆钉，在潮湿的空气中易腐蚀的主要原因可描述为( )A. 形成原电池，铝作负极B. 形成原电池，铜作负极C. 形成原电池时，电流由铝流向铜D. 铝质铆钉发生了化学腐蚀2.下列情形中，相同材质的铁最不易被腐蚀的是（）A. B. C. D.3.下列金属防腐的措施中，使用牺牲阳极的阴极保护法的是( )A. 地下钢管连接镁块B. 金属护栏表面涂漆C. 汽车底盘喷涂高分子膜D. 水中的钢闸门连接电源的负极4.碳钢广泛应用在石油化工设备管道等领域，随着深层石油天然气的开采，石油和天然气中含有的CO2及水引起的腐蚀问题(俗称二氧化碳腐蚀)引起了广泛关注。

深井中二氧化碳腐蚀的主要过程如下所示：负极：Fe(s)+ 2HCO3- (aq) -2e- = FeCO3 (s)+H2CO3(aq)(主要)正极：2H2CO3(aq) +2e- = H2↑+2HCO3- ( aq)(主要)下列说法错误的是（）A. 钢铁在CO2水溶液中的腐蚀总反应可表示为CO2+H2O +Fe= FeCO3 +H2B. 深井中二氧化碳对碳钢的腐蚀主要为化学腐蚀C. 碳钢管道在深井中的腐蚀与油气层中盐份含量有关，盐份含量高腐蚀速率会加快D. 腐蚀过程表明含有CO2的溶液其腐蚀性比相同pH 值的HCl溶液腐蚀性更强5.某小组为研究金属的腐蚀与防护，设计如图所示装置。

下列叙述正确的是（）A. 若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于M处B. 若X为碳棒，开关K置于N处，会加快铁的腐蚀C. 若X为锌，开关K置于M处，是牺牲阳极的阴极保护法D. 若X为锌，开关K置于N处，铁电极发生的反应为：Fe-2e-=Fe3+6.下列说法正确的是（）A. Na2O2在空气中久置，因分解成Na2O 和O2 而变成白色固体B. 明矾溶于水能形成胶体，可用于自来水的杀菌消毒C. 电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法D. 氮气化学性质稳定，可将炽热的镁粉放在氮气中冷却7.下列有关电化学在生产、生活中的应用分析正确的是（）A. 图1：铁钉发生析氢腐蚀B. 图2：可以在铁件上镀铜C. 图3：溶液中c(Cu2＋)保持不变D. 图4：将输油管与电源负极相连可以防止腐蚀8.下列有关原电池和金属腐蚀的说法中，不正确的（）A. 铜、锌两电极插入稀H2SO4中组成原电池，铜是正极B. 原电池中e－从负极流出，负极发生氧化反应C. 钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应均为Fe－3e－＝Fe3＋D. 电化学腐蚀比化学腐蚀更快更普遍9.研究性学习小组用如图装置研究钢铁在海水中的腐蚀与防腐，下列说法正确的是（）A. 1中只发生化学腐蚀B. 2中发生的是析氢腐蚀C. 3为外加电流的阴极保护法D. 钢铁被腐蚀的速率: 1>2>310.在下列装置中（都盛有0.1mol·L-1H2SO4溶液）Zn片腐蚀最快的是（）A. B. C. D.二、综合题11.如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。

第三节金属的腐蚀与防护基础巩固1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()。

A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀都是金属原子失电子被氧化答案:D解析:金属腐蚀的本质是金属原子失电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触,金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀,A项错误;电化学腐蚀指不纯金属发生原电池反应而损耗的过程,不需要外加电流,B 项错误;钢铁腐蚀更普遍的是吸氧腐蚀,正极吸收氧气,负极铁被氧化,C项错误。

2.下列有关金属防护的说法中正确的是()。

A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B.白铁(镀锌铁)镀层破损后,铁皮的腐蚀仍很慢C.在船舶的外壳上镶嵌锌块,这种保护法为牺牲阴极法D.钢铁中加入镍、铬等金属制成不锈钢,是因为镍、铬比铁活泼,可保护钢铁以减缓腐蚀答案:B解析:A项中搪瓷涂层破损后,铁与空气直接接触,搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后,由于锌的金属性比铁的金属性强,与铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C项的保护法属于牺牲阳极法;D项保护法属于改变金属材料的组成。

3.铜制品上的铝制铆钉,在潮湿的空气中易腐蚀的主要原因可描述为()。

A.形成原电池,铝作负极B.形成原电池,铜作负极C.形成原电池时,电流由铝流向铜D.铝制铆钉发生了化学腐蚀答案:A解析:电化学腐蚀与化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。

铝制铆钉上发生的是电化学腐蚀,铝比铜活泼,金属铝作负极;电流的流动方向与电子的流动方向相反,是由铜流向铝。

4.钢铁发生吸氧腐蚀时,正极的电极反应式是()。

A.Fe-3e-Fe3+B.O2+2H2O+4e-4OH-C.Fe-2e-Fe2+D.O2+4H++4e-2H2O答案:B解析:水膜酸性很弱或呈中性时,钢铁发生吸氧腐蚀,负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确。

人教版（2019）选择性必修1 第四章化学反应与能量第三节金属的腐蚀与防护教学设计1、认识金属腐蚀的危害，能利用原电池原理解释电化学腐蚀的原因。

2、能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。

3、了解金属腐蚀的防护方法。

重点：吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理难点：吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理一、导入新课PPT播放金属腐蚀的图片。

金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。

至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。

因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。

二、新课讲授【师】金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。

【提问】金属腐蚀有哪些种类呢？【学生】讨论回答。

【师】金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。

特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。

【师】电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。

例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的。

【PPT】展示钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀【学生】讨论吸氧腐蚀与析氢腐蚀的异同【师】分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe –2e = Fe2+2Fe –4e = 2 Fe2+正极反应2H+ + 2e = H22H2O + O2 + 4e－= 4OH-总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3次要主要【思考与讨论】不同类别的腐蚀速度相同吗？【总结】不同条件下金属腐蚀快慢的判断(1)各种腐蚀的程度：电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)>原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。

《金属的腐蚀与防护》说课稿一、教学分析1、内容选择：本次实验课选自人教版高中化学《选择性必修一》第四章第三节《金属的腐蚀与防护》，是继电化学原理知识系统学习后，原电池和电解池知识的发展与应用。

另一方面，学生发现教室清洁使用的钢丝球，半天旧生锈明显，而家用的钢丝球很少生锈，对该现象的原因很好奇。

查阅《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对该部分的“内容要求”、“学习活动建议”和“学业要求”做出了相关要求。

同时新高考试题越来越体现情境化、探究性、实践性的特点，于是本课以钢丝球为载体，展开金属的腐蚀与防护的探究性学习。

2、学情分析：该阶段学生已经学习了氧化还原知识及电化学原理知识，具备独立分析出析氢腐蚀原理的能力，但对吸氧腐蚀较陌生，需完善学习。

3、教学目标设计的初衷是提高宏微结合、证据推理、探究与创新、态度与责任四大核心素养，落到知识角度，得到具体教学目标：1.掌握金属发生吸氧腐蚀的原理，构建金属电化学腐蚀的分析模型；2.探究金属在酸性、中性、碱性条件下的腐蚀类型，感受金属腐蚀的普遍性及危害，学习科学探究的方法。

3.掌握金属腐蚀的防护方法，体会化学知识对社会生活的重要作用。

4.重难点：金属吸氧腐蚀的原理及过程；金属在弱酸性条件下的电化学腐蚀类型；金属防腐措施的自主设计。

二、内容创新教材中安排四个实验来突破两个难点，即：吸氧腐蚀的判断和牺牲阳极法；本课对教材进行整合改进后，设计三个实验突破三个重点，即：1.创新演示实验，探究钢丝球在NaCl溶液中的腐蚀情况，理解吸氧腐蚀的全过程；2.创新合作探究实验，探究不同pH下钢铁的腐蚀类型;3.创新课外自主实验，探究金属防腐措施的效果，从三个角度设计金属防腐措施。

三、教学过程情境素材一：学生发现教室清洁使用的一款钢丝球，才半天就生锈了，而家里使用的钢丝球却很少生锈。

由此引导学生从钢丝球本身以及接触的环境两个方面来寻找易生锈和不易生锈的的原因。

易锈钢丝球的产品参数材料显示为“钢丝”，主要含Fe和C，不锈钢丝球的材料为“不锈钢”，主要含Fe、C、Cr、Ni等。

第四章《化学反应与电能》教学设计第三节金属的腐蚀与防护【课前检测】【检测1】下列“铁钉镀铜”实验装置设计正确的是A．B．C．D．【答案】B【详解】要在铁钉上镀铜，则应Cu与电源正极相连，为阳极，失去电子，阴极为铁，接电源负极，电解质溶液应为含铜离子的盐溶液，故选B。

【检测2】用铂电极电解下列物质的溶液，当耗电量相同时，阴极和阳极上同时都有气体产生，且溶液的pH下降的是A．H2SO4B．CuSO4C．HCl D．KCl【答案】A【详解】A．用铂电极电解硫酸，相当于电解水，阴极和阳极上同时都有气体产生，硫酸浓度增大，溶液pH降低，故A正确；B．用铂电极电解硫酸铜溶液，生成铜、氧气和硫酸，反应生成酸，溶液pH降低，但阴极无气体产生，故B错误；C．用铂电极电解HCl溶液，生成氢气、氯气，阴极和阳极上同时都有气体产生，但消耗HCl，则溶液pH升高，故C错误；D．用铂电极电解氯化钾溶液，生成氢氧化钾和氢气、氯气，反应生成碱，溶液pH 值升高，故D错误；【情境引入】金属腐蚀的现象普遍存在，常常是自发进行的。

比如我们会看到有些桥梁金属连接处会有铁锈，还有工厂设备的灵敏度降低也是金属环节生锈的原因，那么我们需要了解金属腐蚀的原因，并采取有效措施防止金属腐蚀具有重要意义。

一、金属的腐蚀影响因素：金属本身性质，受温度影响很大；【讨论】生活中常见的化学腐蚀；【学生】铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀；金属直接氧化性性腐蚀品。

电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。

二、电化学腐蚀—钢铁腐蚀【引入】钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀的典型例子。

在潮湿的空气中，钢铁制品表面会形成一薄层水膜，空气中的CO2、SO2、H2S等物质溶解在其中形成电解质溶液，并与钢铁制品中的铁和少量单质碳构成原电池。

由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。